Les chercheurs de Kazan (République de Tatarstan) ont construit le modèle opératoire unique: il s'agit d’un moteur de fusée à propulsion laser. C’est un pas important franchi vers la création des engins spatiaux bon marché de nouvelle génération qui n'utilisent pas le couple traditionnel combustible-oxydant. En effet, l’exploration de l’espace bute sur le coût excessif de placement sur l’orbite circumterrestre des charges utiles dont la demande ne cesse cependant de croître. Le lancement d’un kilo de charge utile revient actuellement à des dizaines de milliers de dollars.
L’idée d’utiliser le laser pour le transport spatial remonte au début des années 1970. Il s’agissait à l’époque uniquement des lasers au sol très encombrants et lourds qui ne pouvaient pas être embarqués sur un engin spatial. Le propulseur est fondé sur le principe du rayon laser étroit émis depuis le sol qui réchauffe dans une «chambre d’absorption» spéciale le combustible sous forme de gaz ou de solide, lequel se transforme en plasma et s’échappe par la tuyère en créant une poussée réactive. Les différents types de lasers étaient expérimentés en Russie, aux États-Unis et dans d’autres pays. On testait également les différents gaz et solides susceptibles de s’évaporer, comme le fluoroplast. En 1991, les chercheurs russes ont présenté leur modèle de propulseur au Congrès international d’aéronautique à Montréal, mais son prototype déjà construit n’a pas été testé à cause de la désintégration de l’URSS qui a eu lieu par la suite.
L’idée du propulseur laser a connu un regain d’intérêt en Russie au début du nouveau millénaire et plusieurs laboratoires se sont emparés de cette problématique. L’installation réalisée par les chercheurs de Kazan, dont les tests se sont avérés concluants, utilise le laser optique à impulsion continue qu’il est plus difficile d’obtenir et de focaliser sur un point fixe que le rayon du laser pulsé. Le flux de gaz (argon en l’occurrence) est injecté dans le propulseur sous forme de tourbillon qui refroidit les parois. En même temps, il faut élever la température dans la chambre de combustion parce que la vitesse d’éjection du plasma par la tuyère en dépend, raconte Aïdar Bikmoutchev, membre de l’équipe de chercheurs.
«Nous créons un plasma à basse température généré par les impulsions d’un laser optique continu. Le plasma dont la température est d’au moins 15.000 degrés Kelvin est maintenu au centre de la chambre remplie de gaz. Le gaz se réchauffe et s’échappe en produisant un jet réactif. Nous avons déjà construit des modèles de laboratoire que nous avons testés et obtenu une bonne poussée et vitesse d’écoulement en utilisan l’argon, le gaz qui offre le plus de sécurité».
Si on utilisait l’hydrogène à la place d’argon, la vitesse d’écoulement du plasma serait encore plus élevée et étant plus léger, l’hydrogène prendrait moins de place dans l’engin spatial. Aïdar Bikmoutchev estime que produire de l’énergie ne pose aucun problème.
«Le laser peut être embarqué. La charge utile et la masse du combustible sont déterminantes dans les conditions de l’espace. Quant à l’énergie consommée par le laser, elle est en principe renouvelable grâce aux panneaux photovoltaïques».
«Mais les panneaux solaires perdent justement leur efficacité à mesure qu’on s’éloigne du Soleil. Les encombrements et le poids de l’engin augmenteraient au delà du seuil raisonnable si on remplaçait les panneaux par un réacteur nucléaire. Il existe cependant une autre solution», poursuit le chercheur de Kazan.
Les chercheurs travaillent actuellement sur la transmison d’énergie sans fils. Ce mode de transmission a déjà été testé sur l’ISS et sur le cargo «Progress» en utilisant un rayon laser. Il n’y aucun problème pour transmettre l’énergie à des dizaines de milliers de km.
Les chercheurs de Kazan ont obtenu une possée d’environ 500 g en utilisant un laser infrarouge. Cela ne suffit pas pour se placer en orbite circumterrestre, mais c’est amplement suffisant pour réorienter l’engin évoluant dans l’espace ou lui faire prendre une autre orbite. Souvenons-nous que la poussée continue de seulement 6 g a permis en 2004 à la sonde SMART-1 de l’Agence spatiale européenne d’atteindre la Lune au départ de l’orbite circumterrestre. Cette poussée très faible conférait lentement à la sonde un mouvement en spirale de plus en plus large pour atteindre finalement le diamètre de l’orbite lunaire. Cette opération a pris un an et il s’agissait en plus d’un propulseur ionique et non pas à laser.
Les chercheurs de Kazan ont été confrontés a un problème à savoir qu’on ne pouvait pas accroître à l’infini la puissance du rayon entrant parce que le rendement de l’installation s’en trouvait diminué. Il leur faudra sans doute utiliser plusieurs rayons à la fois, irradiant le propulseur de différents côtés pour créer plusieurs foyers de formation de plasma.
L’installation doit encore être perfectionnée mais elle peut trouver des applications dans les systèmes d’orientation et de stabilisation des engins spatiaux et dans les modules d’accélération.
